协同控制的规定被我国的环境立法采纳之后，其实施也面临不少挑战。所谓环境资源法的实施，就是把宪法和法律有关保护环境资源的规定付诸实践，把保护环境资源的文字规定变为实际行动。法律的生命力在于实施，法的实施是与法的制定相对的概念，是实现法的立法目的、实现法的作用的前提，也是实现法的价值的必由之路。当前，包括新修订《环境保护法》、《大气污染防治法》在内的环境法实施问题得到了前所未有的重视。一直以来，我国环境法的“实施不力”现象早已为学界和社会舆论所关注，并被认为是导致我国生态环境不断恶化的主要原因之一。此次《大气污染防治法》修订中提出的协同控制要实施目前还存在着如下方面的挑战:
(一)对温室气体排放进行规制缺乏法律依据
在我国，如何对二氧化碳为代表的温室气体进行法律规制，一直在理论上存在着广泛的争论。如常纪文认为‘匕旦二氧化碳在立法上被作为污染物质，西方发达国家就会要求我国的环境立法建立排放标准和超标排放处罚制度，这将不利于我国工业的发展。胡苑、郑少华也认为“在《大气污染防治法》中不宜将二氧化碳界定为污染物。”李艳芳主张“我国不宜将二氧化碳等温室气体作为空气污染物由《大气污染防治法》加以规定，而应当选择制定专门的低碳发展促进法或者气候变化应对法”。与此相对的是，孟伟主张“将温室气体排放作为环境问题纳入大气污染防治法的修改内容，并设控制温室气体排放专章。姚莹则认为“规制温室气体排放的专门立法的缺失需要已有的单行法进行功能补位《大气污染防治法》是最优选择。
在我国的《大气污染防治法》修订过程中，2014年6月提交国务院的《大气污染防治法(修订草案送审稿)》除了第2条关于协同控制、综合管理的规定之外，还专门辟出专章，在第六章对温室气体的排放控制进行规定。主要涉及到控制温室气体排放的原则和规划、调整产业结构、管理能源效率、探索推广低碳技术、能效标识管理、增强碳汇功能以及国际合作等内容。然而在后来的修订草案和最终公布的《大气污染防治法(修订案)》中，关于控制温室气体排放的章节被全部删去了，与温室气体排放直接相关的内容仅剩下第2条关于协同控制的规定。
可以说，目前以二氧化碳为代表的温室气体在我国没有国内法律法规对其直接进行规制。《京都议定书》作为国际社会应对气候变化的法律武器，在附件中明确列明了以二氧化碳为代表的六种温室气体，但是我国作为发展中国家根据共同但有区别责任原则在其中并没有直接的减排义务。虽然温室气体在此次修订中被首次引入《大气污染防治法》，但是协同控制的提法是将温室气体与大气污染物并列，实际上承认了温室气体与大气污染物在法律地位上的差异。我们可以依据《大气污染防治法》对大气污染物进行管控，但还不能依据该法对温室气体的排放进行管控。因此，对温室气体进行严格的排放数量控制，目前还没有直接的法律依据。
(二)大气污染与气候变化分别由不同机关管控
温室气体排放引发的气候变化是一个全球性的公共问题。虽然我国温室气体的排放缺乏法律规制，但是为做好应对气候变化工作，国家发展和改革委员会(以下简称国家发改委)在2008年机构改革中设立了应对气候变化司，其主要职责包括了综合分析气候变化对经济社会发展的影响，组织拟订应对气候变化重大战略、规划重大政策和牵头协调、组织、承担应对气候变化的有关具体工作。发改委在“十二五”期间，积极采取强有力的政策行动，有效控制温室气体排放，增强适应气候变化能力，推动应对气候变化各项工作取得重大进展。目前发改委正在编制“十三五”控制温室气体排放工作方案。
在大气污染法律规制方面，控制大气污染物的排放是《大气污染防治法》的主要手段，也曾经是目的。自从20世纪70年代我国设立环境保护部门以来，经历了环保小组、环保局、环保总局和环保部等组织形态，但负责大气环境污染防治的监督管理一直是其基本职能。总体而言，新《大气污染防治法》在立法理念、实现目标、制度设计、法律责任等方面都有了较大进步，将会成为减少大气污染物排放、改善大气环境质量的有力武器。除了要求加强对燃煤、工业、机动车船、扬尘、农业等领域大气污染的综合防治外，还明确了对颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机物、氨等大气污染物的排放控制。根据新《大气污染防治法》规定‘县级以上人民政府环境保护主管部门对大气污染防治实施统一监督管理”。目前我国在大气污染物与温室气体排放控制上实行的是分头管控的模式。这与协同控制的要求显然是存在较大差距的。
(三)大气污染物与温室气体在治理目标上也有差别
相比于1988,1995,2000年的《大气污染防治法》,2015年修改通过的《大气污染防治法》号称“史上最严格的大气污染防治法”。在治理目标上，新法也更为直接地规定“防治大气污染，应当以改善大气环境质量为目标”。这一修改是对以前大气污染防治经验的总结，也更符合我国民众的意愿和要求《大气污染防治法》修订后，环保部与国家质量监督检验检疫总局联合发布了新的状气环境质量标准》。新标准规定了环境空气功能区分类、标准分级、污染物项目、平均时间及浓度限值、监测方法等内容。新治理目标的提出标志着以改善空气质量为核心的我国大气环境管理制度正在建立中。
在全球应对气候变化的国际合作中，《巴黎协定》提出，把全球平均气温较工业化前水平升高控制在2摄氏度以内，同时考虑到一些小岛国的特殊情况和强烈要求，也写进了“为把升温控制在1.5摄氏度以内而努力”的内容。新的《大气污染防治法》和《大气环境质量标准》并没有直接包含大气温度方面的目标和内容；应对气候变化的目标当中也没有涉及到大气污染物。大气污染物与温室气体在治理目标上存在较大差别。
